熊炳橋，趙麗婭,，張勁，李艷薔，陳紅兵，李鋒瑞

1. 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；2. 區(qū)域開(kāi)發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430062；3. 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000

草地沙漠化過(guò)程中土壤與地上植被的變化及其相互關(guān)系

熊炳橋1，趙麗婭1,2*，張勁1，李艷薔1，陳紅兵1，李鋒瑞3

1. 湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430062；2. 區(qū)域開(kāi)發(fā)與環(huán)境響應(yīng)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430062；3. 中國(guó)科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，甘肅 蘭州 730000

以科爾沁沙地4種不同退化程度沙地群落為研究對(duì)象，采用野外植物樣方調(diào)查與室內(nèi)土壤理化分析相結(jié)合的方法，系統(tǒng)分析了固定沙地（潛在沙漠化階段）、半固定沙地（輕度沙漠化階段）、半流動(dòng)沙地（中度沙漠化階段）和流動(dòng)沙地（嚴(yán)重沙漠化階段）4個(gè)群落的植被、土壤特征的變化以及土壤與植被之間的相互關(guān)系，為退化沙質(zhì)草地群落地恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，（1）草地沙漠化過(guò)程中，群落物種組成發(fā)生顯著變化，物種數(shù)不斷減少，從20下降到11。不同群落蓋度（F=42.569，n=120，P＜0.001）、密度（F=38.817，n=120，P＜0.001）和地上生物量（F=29.017，n=120，P＜0.001）均存在顯著差異，且下降趨勢(shì)明顯，下降幅度分別為82%、78%和85%。（2）草地沙漠化過(guò)程中，草本植物占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但其比例明顯下降，多年生草本植物和灌木的物種數(shù)總體呈下降趨勢(shì)。藜科植物具有廣適性，數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，重要值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；禾本科和豆科植物種類和重要值都呈大幅下降趨勢(shì)。菊科植物相對(duì)較少，從半固定沙地到流動(dòng)沙地，差巴嘎蒿（Artemisia halodendron）在群落中占有重要地位。（3）草地沙漠化過(guò)程中，Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、均勻度指數(shù)和Margalef指數(shù)均呈下降態(tài)勢(shì)。（4）草地沙漠化過(guò)程中，土壤機(jī)械組成從固定沙地到流動(dòng)沙地，粗砂含量增加，細(xì)砂粒、黏粉粒含量呈下降態(tài)勢(shì)，土壤水分也不斷減少。土壤養(yǎng)分全磷、全氮、速效磷、速效氮和有機(jī)質(zhì)的含量隨著沙漠化程度的加劇，表現(xiàn)出不同程度的降低，且差異顯著（P＜0.05）。（5）草地沙漠化過(guò)程中，土壤與植被間呈現(xiàn)出顯著的相關(guān)性（P＜0.05），說(shuō)明土壤與植被緊密聯(lián)系在一起，沙漠化過(guò)程實(shí)質(zhì)就是土壤與植被協(xié)同退化的結(jié)果。

沙漠化；群落特征；土壤機(jī)械組成；土壤養(yǎng)分；相互關(guān)系

土地沙漠化不僅是一個(gè)重要的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，也是人類所面臨的一個(gè)非常嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。截至2014年，中國(guó)沙漠化土地面積達(dá)1.7212×106km2，占國(guó)土面積的17.93%；有明顯沙化趨勢(shì)的土地面積3.003×104km2，占國(guó)土面積的3.12%（滕玲，2016）。草地沙漠化過(guò)程不僅表現(xiàn)在植被的破壞、沙丘景觀的形成，而且還伴隨著地表空間分異的加強(qiáng)和土壤結(jié)構(gòu)的變化（任海等，2002），其實(shí)質(zhì)是草地土壤-植被系統(tǒng)的退化過(guò)程（張華等，2003）。國(guó)內(nèi)外就土壤和植被之間的相互關(guān)系已做了大量的研究工作。國(guó)外研究主要涉及植被群落演替階段土壤特性的差異（Nihlgard，1971；Edwards et al.，1982），土壤質(zhì)量特征與環(huán)境的關(guān)系（Jordan，1982；Tambe et al.，2010；Sharma et al.，2010；Ulrich et al.，2014），植物群落物種多樣性和分布與土壤肥力間的關(guān)系（Jad et al.，1982；Tilman，1985；Kellner et al.，1995；Berendse et al.，2015；Andrew et al.，2015）。國(guó)內(nèi)對(duì)于土壤-植被關(guān)系的研究主要集中在森林群落（賀強(qiáng)等，2009；楊小波等，2002；楊寧等，2013）、草原群落（王納納等，2014；遲春明等，2013）、高山草甸群落（江源等，2010；李玉梅等，2014），但對(duì)于退化草地的土壤-植被關(guān)系的研究相對(duì)較少。

在科爾沁沙地，不同退化程度的沙地即固定沙地、半固定沙地、半流動(dòng)沙地和流動(dòng)沙地的土壤具有不同的理化特性，而土壤理化特性往往制約著地上植被的生長(zhǎng)特性和生態(tài)系統(tǒng)的演替過(guò)程。本文以科爾沁沙地不同沙漠化程度的沙地為研究對(duì)象，系統(tǒng)研究了固定沙地（潛在沙漠化階段）、半固定沙地（輕度沙漠化階段）、半流動(dòng)沙地（中度沙漠化階段）和流動(dòng)沙地（嚴(yán)重沙漠化階段）4個(gè)階段植被特征與土壤理化性質(zhì)特征，以及土地沙漠化過(guò)程中土壤與植被之間的關(guān)系，以期為退化草地生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)自然條件

研究區(qū)位于科爾沁沙地中南部的奈曼旗中國(guó)科學(xué)院奈曼沙漠化研究站內(nèi)。地理位置120°41′E，42°54′N。該區(qū)屬半干旱氣候，年平均降水量366 mm，年蒸發(fā)量1935 mm，年均氣溫6.5 ℃，1月平均氣溫-12.7 ℃，7月平均氣溫23.7 ℃，≥10 ℃積溫達(dá)3000 ℃以上，無(wú)霜期150 d。土壤類型為沙質(zhì)栗鈣土，經(jīng)破壞后則退化為流動(dòng)風(fēng)沙土，沙土基質(zhì)分布廣泛，風(fēng)沙活動(dòng)強(qiáng)烈。由于沙土的干燥疏松和干旱多風(fēng)等氣候條件的影響，使得該區(qū)在過(guò)度放牧和過(guò)墾等人為不合理利用的情況下，植被遭受破壞，土地沙化嚴(yán)重。

試驗(yàn)區(qū)為典型草原帶，原生植被為榆樹(shù)疏林草原，但由于長(zhǎng)期過(guò)牧等人為活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾，絕大部分沙質(zhì)草地已演變?yōu)榱鲃?dòng)、半流動(dòng)、半固定沙地和固定沙地。固定沙地：流沙面積低于10%，地表覆蓋固定風(fēng)沙土或沙質(zhì)栗鈣土或已經(jīng)形成較厚的土壤結(jié)皮，植被蓋度大于50%，主要植物種有達(dá)烏里胡枝子（Lespedeza davurica）及一年生的豬毛菜（Salsola collina Pall）、狗尾草（Setaria viridis）、畫眉草（Eragrostis pilosa）等。半固定沙地：流沙面積大于10%，生物結(jié)皮或土壤30%～80%，植被蓋度50%～31%，主要優(yōu)勢(shì)種是大果蟲實(shí)（Corispermum macrocarpum）、地錦（Euphorbia humifusa）、差巴嘎蒿（Artemisia halodendron），伴生有一年生的狗尾草和五星蒿（Bassia dasyphylla）等。半流動(dòng)沙地：流沙面積一般大于70%，地表30%覆蓋物理結(jié)皮和少量生物結(jié)皮，植被蓋度一般小于31%，主要植物種是大果蟲實(shí)、狗尾草。流動(dòng)沙地：地表完全被流沙覆蓋，無(wú)結(jié)皮或少量物理性結(jié)皮，植被蓋度小于15%，主要物種有大果蟲實(shí)、沙米（Agriophyllum squarrosum）、有分散的差巴嘎蒿和狗尾草分布。

1.2 調(diào)查方法

2014年7月底，在研究區(qū)選擇固定、半固定、半流動(dòng)和流動(dòng)沙地作為觀測(cè)樣地。在4種樣地的典型代表性地段等距離（20 m）設(shè)置3條長(zhǎng)100 m的樣帶，在每條樣帶上等距離（10 m）設(shè)置10個(gè)固定樣點(diǎn)，每個(gè)樣地共設(shè)置30個(gè)樣點(diǎn)，4個(gè)樣地共計(jì)120個(gè)樣點(diǎn)，用于地上植被的調(diào)查。樣方面積1 m×1 m，測(cè)定每個(gè)樣方中的植物種組成、蓋度、密度、高度和地上生物量等。采用齊地面刈割法調(diào)查地上生物量，草樣在85 ℃下烘干48 h后稱質(zhì)量。各樣地每種植物的出現(xiàn)頻率根據(jù)30個(gè)樣點(diǎn)的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

在每個(gè)樣方附近，采用土鉆法取樣，采集0～20 cm的土樣，用于土壤機(jī)械組成、土壤水分、總磷、總氮、速效磷、速效氮和有機(jī)質(zhì)的測(cè)定。土壤機(jī)械組成采用篩分法測(cè)定，土壤水分采用TDR水分測(cè)定儀測(cè)定，土壤有機(jī)質(zhì)采用重絡(luò)酸鉀容量法測(cè)定，總氮采用凱氏定氮法測(cè)定，總磷采用酸溶鉬銻抗比色法測(cè)定，速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷采用Bray法測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 重要值

重要值（Important Value，IV）是研究某個(gè)種在群落中的地位和作用的綜合數(shù)量指標(biāo)，計(jì)算公式為：

IV=(相對(duì)高度+相對(duì)蓋度+相對(duì)密度+相對(duì)頻度)/4

其中，相對(duì)密度（RD）=(某種植物的密度/全部植物的總密度)×100%；相對(duì)頻度（RF）=(某種植物的頻度/所有種的頻度總和)×100%；相對(duì)高度（RH）=(某植物種的平均高度/所有物種的平均高度之和)×100%；相對(duì)蓋度（RC）=(某一物種的蓋度/所有物種蓋度之和)×100%。

1.3.2 多樣性指數(shù)

多樣性評(píng)價(jià)采用Margalef豐富度指數(shù)、Simpson指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielow均勻度指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)：

式中，S為群落中樹(shù)種的總數(shù)；N為觀察到的個(gè)體總數(shù)；Pi是第i種植物的個(gè)體數(shù)占群落中總個(gè)體數(shù)的比例，本研究采用重要值代替Pi進(jìn)行計(jì)算。

1.3.3 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 18.0軟件，對(duì)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行一般統(tǒng)計(jì)分析、單因素方差分析（one-way ANOVA)和相關(guān)性分析；采用最小顯著差異法（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 草地沙漠化過(guò)程中群落植被特征

2.1.1 群落的基本特征

方差分析結(jié)果顯示，草地沙漠化過(guò)程中，不同群落蓋度（F=42.569，n=120，P＜0.001）、密度（F=38.817，n=120，P＜0.001）和地上生物量（F=29.017，n=120，P＜0.001）均存在顯著差異（表1）。從固定沙地到流動(dòng)沙地，群落物種數(shù)從20下降到11，下降了45%。從固定到半固定沙地，下降了l25%；半固定到半流動(dòng)沙地，下降了l13%；半流動(dòng)到流動(dòng)沙地，下降了15%。隨著草地退化程度的加深，群落蓋度、密度和地上生物量均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從固定沙地到流動(dòng)沙地，下降幅度分別為82%、78%和85%。不難發(fā)現(xiàn)，草地沙漠化過(guò)程就是群落植被物種豐富度減少、蓋度降低、密度下降和生物量減少的過(guò)程。

2.1.2 群落的物種組成及重要值

表2所示為草地沙漠化過(guò)程中群落的物種組成和重要值。不同沙漠化階段，同一植物的重要值不同。固定沙地群落，有20種植物，其中，狗尾草、豬毛菜、畫眉草、達(dá)烏里胡枝子是優(yōu)勢(shì)種，占群落總重要值的55%。半固定沙地群落，有15種植物，優(yōu)勢(shì)植物種為差巴嘎蒿、狗尾草、大果蟲實(shí)和地錦，占比為68%。半流動(dòng)沙地群落，有13種植物，優(yōu)勢(shì)植物種是差巴嘎蒿、大果蟲實(shí)和狗尾草，占比為73%。流動(dòng)沙地群落，有11種植物，大果蟲實(shí)、沙米、狗尾草占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，其重要值占群落總重要值的80%。隨著沙漠化程度的加劇，達(dá)烏里胡枝子、畫眉草逐漸退出群落，差巴嘎蒿逐漸取而代之，成為群落的優(yōu)勢(shì)物種，最終沙生植物——沙米進(jìn)駐流動(dòng)沙地群落。

從植物科屬結(jié)構(gòu)來(lái)看（表3），從固定沙地到流動(dòng)沙地，藜科植物數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，重要值呈上升趨勢(shì)；菊科植物種類較少，差巴嘎蒿從半固定沙地到流動(dòng)沙地均有出現(xiàn)，在3種沙地的菊科植物中所占比例分別為83.9%、99.7%、95.7%。禾本科和豆科植物的種類變化較大，分別由固定沙地的6種和3種，減少到流動(dòng)沙丘的2種和0種，其重要值也出現(xiàn)了大幅下降，說(shuō)明它們?cè)谌郝渲械淖饔煤凸δ苤饾u減退。隨著沙漠化的加劇，群落的科屬結(jié)構(gòu)趨向于簡(jiǎn)單化。

從生活型結(jié)構(gòu)來(lái)看（圖1），草地沙漠化過(guò)程中，4個(gè)階段的群落均以一年生草本植物占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，從固定沙地到流動(dòng)沙地，一年生草本植物分別占65%、60%、69%和80%。多年生草本植物和灌木呈下降趨勢(shì)。

圖1 草地沙漠化過(guò)程中群落的生活型結(jié)構(gòu)Fig. 1 Life form of t the communities during grassland desertification process

2.1.3 群落的物種多樣性

選取Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Margalef指數(shù)和均勻度指數(shù)評(píng)價(jià)群落的物種多樣性（表4）。從固定沙地到流動(dòng)沙地，Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、均勻度指數(shù)和Margalef指數(shù)均呈現(xiàn)下降的態(tài)勢(shì)，分別下降38%、12%、15%和47%。

表1 草地沙漠化過(guò)程中群落的基本特征Table 1 Characteristics of the communities during grassland desertification process

表2 草地沙漠化過(guò)程中群落的物種組成及重要值Table 2 The species composition and important value of the communities during grassland desertification process

表3 草地沙漠化過(guò)程中群落不同分科種數(shù)和重要值Table 3 Family compositions and important values of the communities during grassland desertification process

表4 草地沙漠化過(guò)程中群落的物種多樣性Table 4 Species diversity of the communities during grassland desertification process

2.2 草地沙漠化過(guò)程中群落土壤特征

2.2.1 土壤物理性質(zhì)

土壤機(jī)械組成是表征土壤生產(chǎn)力和結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。從表5可以看出，0～20 cm的土壤機(jī)械組成從固定沙地到流動(dòng)沙地，＞0.1 mm的粗砂粒含量呈波動(dòng)增加趨勢(shì)，增加了41.89%。0.05～0.1 mm的細(xì)砂粒呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，降低了90.46%。＜0.05 mm的黏粉粒含量呈現(xiàn)遞降趨勢(shì)，降低了89%。土壤水分含量呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，從固定到流動(dòng)沙地，土壤水分含量下降了52%，隨著地表覆蓋度的降低，土壤水分含量隨之降低。

2.2.2 土壤養(yǎng)分

表6所示為草地沙漠化過(guò)程中群落0～20 cm土層土壤養(yǎng)分的變化。方差分析結(jié)果表明：全氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)在草地沙漠化過(guò)程中差異顯著，半固定和半流動(dòng)沙地的全磷差異不顯著，固定和半固定沙地的速效磷差異不顯著（P＜0.05）。從流動(dòng)沙地到固定沙地，土壤中的總磷、總氮、速效磷、速效氮和有機(jī)質(zhì)含量均逐步降低，說(shuō)明植物生長(zhǎng)所需的土壤養(yǎng)分含量逐漸減少，下降幅度分別為38%、69%、42%、56%和84%。土壤有機(jī)質(zhì)下降幅度最大。從固定到半固定、半固定到半流動(dòng)、半流動(dòng)到流動(dòng)沙地，總磷分別下降了30%、10%、11%，總氮分別下降了38%、30%、29%，速效磷分別下降了17%、10%、23%，速效氮分別下降了17%、4%、44%，有機(jī)質(zhì)分別下降了54%、34%、46%。不難看出，總磷、總氮和有機(jī)質(zhì)從固定到半固定沙地階段下降劇烈，速效磷和速效氮從半流動(dòng)到流動(dòng)沙地群落階段下降幅度大。

2.3 草地沙漠化過(guò)程土壤和植被的關(guān)系

通過(guò)對(duì)草地沙漠化過(guò)程中群落土壤與植被特征的相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)（表7）：除密度外，Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、Margalef指數(shù)、均勻度指數(shù)、蓋度、地上生物量與土壤總磷、總氮、速效磷、速效氮、有機(jī)質(zhì)、土壤水分含量、土壤機(jī)械組成均呈顯著相關(guān)性。這充分說(shuō)明群落植被與土壤之間存在著密切的關(guān)系，彼此相互影響和相互聯(lián)系。土壤養(yǎng)分含量的減少，促使群落物種數(shù)、蓋度、密度、豐富度和多樣性降低。同樣，植被的破壞，也促使土壤各性狀特征惡化，養(yǎng)分減少，土壤基質(zhì)穩(wěn)定性降低等。

表5 草地沙漠化過(guò)程中群落土壤的物理性質(zhì)Table 5 The physical property of soils in the communities during grassland desertification process

表6 草地沙漠化過(guò)程中群落土壤養(yǎng)分的變化Table 6 Changes of soil nutrients in the communities during grassland desertification process

表7 草地沙漠化過(guò)程中群落土壤和植被特征的相關(guān)性分析Table 7 The correlation analysis between soils and vegetation characteristics in the communities during grassland desertification process

3 結(jié)論和討論

3.1 討論

科爾沁沙質(zhì)草地沙漠化過(guò)程中，4個(gè)群落物種組成發(fā)生顯著變化，物種數(shù)不斷減少，植被蓋度、地上生物量逐步降低；群落生活型結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單化，群落多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)也呈不斷下降的趨勢(shì)。藜科植物具有廣適性，數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，重要值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；禾本科和豆科植物種類和重要值都呈現(xiàn)大幅下降趨勢(shì)。菊科植物相對(duì)較少，差巴嘎蒿占據(jù)重要地位。草地沙漠化過(guò)程中，草本植物占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但其比例明顯下降，多年生草本植物和灌木的物種數(shù)總體呈下降趨勢(shì)。這與前人的研究成果一致（常學(xué)禮等，1997；張繼義等，2004；李玉霖等，2007；許冬梅等，2010）。

在群落植被發(fā)生變化的同時(shí)，土壤環(huán)境也發(fā)生了變化。草地沙漠化過(guò)程中，土壤機(jī)械組成從固定沙地到流動(dòng)沙地，粗砂、中砂和細(xì)砂的含量逐步增加，極細(xì)砂和黏粒含量呈現(xiàn)遞減態(tài)勢(shì)。土壤養(yǎng)分中全磷、全氮、速效磷、速效氮和有機(jī)質(zhì)的含量伴隨沙漠化進(jìn)程的推進(jìn)，呈現(xiàn)不同程度的降低。楊梅煥等（2010）對(duì)毛烏素沙地土壤理化性質(zhì)的研究發(fā)現(xiàn)，隨沙漠化的進(jìn)行土壤理化性質(zhì)呈規(guī)律性變化，土壤黏粒含量、含水量、有機(jī)質(zhì)和全氮含量減少。劉樹(shù)林等（2008）對(duì)渾善達(dá)克沙地土地沙漠化過(guò)程中土壤粒度與養(yǎng)分變化的研究也發(fā)現(xiàn)類似的規(guī)律。

有關(guān)群落植被與土壤關(guān)系的研究，學(xué)術(shù)界存在不同的觀點(diǎn)。一種觀點(diǎn)是群落植被特征與土壤特征之間存在相關(guān)性，例如劉任濤等（2010；2015）對(duì)中國(guó)北方不同地帶沙地封育草場(chǎng)土壤性質(zhì)和植被特征進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，水熱等氣候條件的改變不僅對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生深刻影響，還影響到植物群落的組成與結(jié)構(gòu)特征。王長(zhǎng)庭等（2007）對(duì)三江源地區(qū)不同建植期人工草地植被特征及其與土壤特征關(guān)系的研究表明，群落物種多樣性、生物量與土壤養(yǎng)分、土壤水分含量呈顯著正相關(guān)。另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為植物群落中高物種多樣性出現(xiàn)在土壤養(yǎng)分梯度的中間位置（Gentry，1987；張林靜等，2002）。本文的研究結(jié)果與第一種觀點(diǎn)一致，即草地沙漠化過(guò)程中群落特征、多樣性指數(shù)、豐富度指數(shù)等與土壤的養(yǎng)分呈顯著正相關(guān)性，說(shuō)明土壤與植被之間存在緊密的關(guān)系，沙漠化過(guò)程實(shí)質(zhì)就是土壤與植被協(xié)同退化的結(jié)果。從流動(dòng)沙地到固定沙地，群落由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，可以促進(jìn)土壤條件的改善，同時(shí)土壤養(yǎng)分的增加又能為植物生長(zhǎng)提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)群落植被的變化。

3.2 結(jié)論

（1）草地沙漠化過(guò)程中，群落物種組成發(fā)生顯著變化，物種數(shù)不斷減少，從20下降到11。不同群落蓋度、密度和地上生物量均存在顯著差異（P＜0.001），從固定沙地到流動(dòng)沙地群落，下降幅度分別為82%、78%和85%?？梢哉f(shuō)，草地沙漠化過(guò)程就是群落植被物種豐富度減少、蓋度降低、密度下降和生物量減少的過(guò)程。

（2）草地沙漠化過(guò)程中，草本植物占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，但其比例明顯下降，多年生草本植物和灌木物種數(shù)總體呈下降趨勢(shì)。藜科植物具有廣適性，數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，重要值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；禾本科和豆科植物種類和重要值大幅下降。菊科植物相對(duì)較少，從半固定沙地到流動(dòng)沙地群落中，差巴嘎蒿占有重要的地位。

（3）草地沙漠化過(guò)程中，Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、均勻度指數(shù)和Margalef指數(shù)均呈下降態(tài)勢(shì)。

（4）草地沙漠化過(guò)程中，土壤機(jī)械組成從固定沙地到流動(dòng)沙地，粗砂含量增加，細(xì)砂粒、黏粉粒含量呈下降態(tài)勢(shì)，土壤水分也不斷減少。土壤養(yǎng)分全磷、全氮、速效磷、速效氮和有機(jī)質(zhì)的含量也出現(xiàn)不同程度的下降。

（5）草地沙漠化過(guò)程中，土壤與植被之間呈現(xiàn)顯著相關(guān)性（P＜0.05），說(shuō)明土壤與植被緊密聯(lián)系在一起，沙漠化過(guò)程實(shí)質(zhì)就是土壤與植被協(xié)同退化的結(jié)果。

ANDREW S M, ?RJAN TOTLAND, MOE S R. 2015. Spatial variation in plant species richness and diversity along human disturbance and environmental gradients in a tropical wetland [J]. Wetlands Ecology & Management, 23(3): 395-404.

BERENDSE F, RUIJVEN J V, JONGEJANS E, et al. 2015. Loss of plant species diversity reduces soil erosion resistance [J]. Ecosystems, 18(5): 881-888.

EDWARDS P J, GRUBB P J. 1982. Studies of mineral cycling in a montane rain forest in New Guinea: IV. soil characteristics and the division of mineral elements between the vegetation and soil [J]. Journal of Ecology, 70(2): 649-666.

GENTRY A H. 1987. Changes in plant community diversity and floristic composition on environmental and geographical gradients [J]. Annals of the Missouri Botanical Garden, 75(1): 1-34.

JAD P, BAZZAZ F A. 1982. Responses of plants from three successional communities to a nutrient gradient [J]. Journal of Ecology, 70(1): 233-248.

JORDAN C F. 1982. The nutrient balance of an Amazonian rain forest [J]. Ecology, 63(3): 647-654.

KELLNER O, REDBO-TORSTENSSON P R. 1995. Effects of elevated nitrogen deposition on the field-layer vegetation in coniferous forests [J]. Ecological Bulletins, 44: 227-237.

NIHLGARD B. 1971. Pedological influence of spruce planted on former beech forest soils in Scania, South Sweden [J]. Oikos, 22(3): 302-314.

SHARMA C M, BADUNI N P, GAIROLA S, et al. 2010. Effects of slope aspects on forest compositions, community structures and soil properties in natural temperate forests of Garhwal Himalaya [J]. Journal of Forestry Research, 21(3): 331-337.

TAMBE S, RAWAT G S. 2010. The alpine vegetation of the Khangchendzonga Landscape, Sikkim Himalaya [J]. Mountain Research & Development, 30(3): 266-274.

TILMAN D. 1985. The resource-ratio hypothesis of plant succession [J]. American Naturalist, 125(6): 827-852.

ULRICH W, PIWCZYNSKI M, ZAPLATA M K, et al. 2014. Small-scale spatial variability in phylogenetic community structure during early plant succession depends on soil properties [J]. Oecologia, 175(3): 985-995.

常學(xué)禮, 鄔建國(guó). 1997. 科爾沁沙地沙漠化過(guò)程中的物種多樣性[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 8(2): 151-156.

遲春明, 王志春. 2013. 蘇打鹽漬土草原植被群落分布與土壤理化性質(zhì)相互關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 32(9): 2245-2249.

賀強(qiáng), 崔保山, 趙欣勝. 2009. 黃河河口鹽沼植被分布、多樣性與土壤化學(xué)因子的相關(guān)關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 29(2): 676-687.

江源, 章異平, 楊艷剛, 等. 2010. 放牧對(duì)五臺(tái)山高山、亞高山草甸植被-土壤系統(tǒng)耦合的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 30(4): 837-846.

李玉霖, 孟慶濤, 趙學(xué)勇, 等. 2007. 科爾沁沙地流動(dòng)沙丘植被恢復(fù)過(guò)程中群落組成及植物多樣性演變特征[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào), 6(6): 54-61.

李玉梅, 楊振京, 張蕓, 等. 2014. 新疆博爾塔拉河表土孢粉組合與植被關(guān)系研究[J]. 地理科學(xué), 34(12): 1518-1525.

劉任濤, 趙哈林. 2010. 科爾沁沙地土地利用變化對(duì)土壤特性的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 19(9): 2079-2084.

劉任濤, 朱凡, 王少昆. 2015. 中國(guó)北方不同地帶沙地封育草場(chǎng)土壤性質(zhì)和植被特征比較[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 24(5): 729-734.

劉樹(shù)林, 王濤, 屈建軍. 2008.渾善達(dá)克沙地土地沙漠化過(guò)程中土壤粒度與養(yǎng)分變化研究[J]. 中國(guó)沙漠, 28(4): 611-616.

任海，彭少麟. 2002. 恢復(fù)生態(tài)學(xué)導(dǎo)論[M]. 北京: 科學(xué)出版社.

滕玲. 2016. 第五次全國(guó)荒漠化和沙化土地監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)布——十年治沙:剩下的都是“硬骨頭”[J]. 地球, (2): 50-53.

王納納，陳穎，應(yīng)嬌妍, 等. 2014. 內(nèi)蒙古草原典型植物對(duì)土壤微生物群落的影響[J]. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 38(2): 201-208.

王長(zhǎng)庭，曹廣民，王啟蘭. 2007. 三江源地區(qū)不同建植期人工草地植被特征及其與土壤特征的關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 18(11): 2426-2431.

許冬梅, 劉彩鳳, 謝應(yīng)忠, 等. 2010. 毛烏素沙地南緣生態(tài)過(guò)渡帶植被物種多樣性的研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 24(3): 153-157.

楊梅煥, 朱志梅, 曹明明, 等. 2010. 毛烏素沙地東南緣不同沙漠化階段土壤-植被關(guān)系研究[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 38(5): 181-192.

楊寧, 鄒冬生, 楊滿元, 等. 2013. 衡陽(yáng)紫色土丘陵坡地不同恢復(fù)階段植被特征與土壤性質(zhì)的關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 24(1): 90-96.

楊小波, 張?zhí)伊? 吳慶書. 2002. 海南瓊北地區(qū)不同植被類型物種多樣性與土壤肥力的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 22(2): 190-196.

張華, 伏乾科, 李鋒瑞，等. 2003. 退化沙質(zhì)草地自然恢復(fù)過(guò)程中土壤一植物系統(tǒng)的變化特征[J]. 水土保持通報(bào), 23(6): 1-6

張繼義, 趙哈林, 崔建垣, 等. 2004. 科爾沁沙地沙丘植被發(fā)育過(guò)程及物種組成變化[J]. 干旱區(qū)研究, 21(1): 72-75.

張林靜, 岳明, 顧風(fēng)雪. 2002. 新疆阜康綠洲荒漠過(guò)渡帶植物群落物種多樣性與土壤環(huán)境因子的耦合關(guān)系[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 13(6): 658-662.

Relationship between the Soil and Standing Vegetation Changes during Grassland Desertification Process

XIONG Bingqiao1, ZHAO Liya1*, ZHANG Jin1, LI Yanqiang1, CHEN Hongbing1, LI Fengrui2
1. School of Resources and Environmental Science, Hubei University, Wuhan, 430062, China; 2. Hubei Key Laboratory of Regional Development and Environmental Response, Hubei University, Wuhan, 430062, China; 3. Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China

To better recover and reestablish the degraded sandy communities, relationship between the soil and plant communities were studied on 4 different degraded sandy communities that are fixed sand land (potential desertification stage), semi-fixed sand land (light desertification stage), semi-shifting sand land (medium desertification stage) and shifting sand land (heavy desertification stage) in Horqin sandy land. The results shown that during grassland desertification process: (1) The species quantity declined significantly from 20 to 11 Moreover, there was a significant difference among the aboveground biomass s (F=29.107, n=360, P＜0.001), the coverage (F=42.569, n=120, P＜0.001) and the density (F=38.817, n=120, P＜0.001), meanwhile, the ground biomass and coverage reduced gradually, the decrease rage were 82%, 78% and 85% respectively. (2) Herbaceous plants are the domain species, while its ratio was obviously decreased. Moreover, the species quantity of perennial herbs and shrubs were declined. Chenopodiaceae had a wide adaptability which kept at relatively stable level and its important value was increased gradually. Gramineae and Legume were experienced a sharp decrease, meanwhile, there was a relatively small number of Compositae which were migrate from semi-fixed to shifting sand land. (3) Shannon-Wiener index, Simpson index, evenness index and Margalef index suggested a decreasing trend. (4) The physical and chemical properties of the soil also degraded. Moreover, there were a significant reduction of total phosphorus, total nitrogen, available phosphorus, available nitrogen and organic matter content (P＜0.05) along with the intensification of desertification. And (5) there was a significant correlation between the soil and vegetation (P＜0.05) which indicates that the desertification process is the result of the synergetic degradation of soil and vegetation.

desertification; community characteristics; soil mechanical composition; soil nutrient; relationship

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.03.006

Q145+.2; X171.1

A

1674-5906（2017）03-0400-08

熊炳橋, 趙麗婭, 張勁, 李艷薔, 陳紅兵, 李鋒瑞. 2017. 草地沙漠化過(guò)程中土壤與地上植被的變化及其相互關(guān)系[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(3): 400-407.

XIONG Bingqiao, ZHAO Liya, ZHANG Jin, LI Yanqiang, CHEN Hongbing, LI Fengrui. 2017. Relationship between the soil and standing vegetation changes during grassland desertification process [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(3): 400-407.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31070370）；湖北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（D2015003）；湖北省科技廳軟科學(xué)專項(xiàng)（2013BDF034）；生物資源綠色轉(zhuǎn)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目

熊炳橋（1990年生），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榄h(huán)境生態(tài)學(xué)和生態(tài)保護(hù)規(guī)劃。

*通信作者：趙麗婭（1975年生），女，副教授，博士，主要從事干旱區(qū)植物生態(tài)學(xué)和生態(tài)保護(hù)規(guī)劃的教學(xué)和科研工作。E-mail: zhaoly0128@hubu.edu.cn

2016-11-08